[发明专利]一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池聚合物电解质，本发明还涉及该电解质的制备方法和应用。

背景技术

虽然基于液态电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池取得了较高的光电转换效率，但是液态电解质易泄露、挥发，致使组装而成的电池密封困难，且在长期实际应用中性能下降，使用寿命缩短。经大量实际研究可知：为了解决液体电解质存在的问题，可以用固体电解质替代液体电解质或采用凝胶电解质，从而发展固态或准固态太阳能电池。

以高分子聚合物为基体的准固态电解质在材料的选择、设计及合成上具有灵活性，并且制备工艺相对比较简单，其组装而成的染料敏化纳米晶太阳能电池可获得较高的光电转换效率。但是聚合物电解质离子电导率低、离子扩散系数小以及与工作电极间接触性差，致使采用聚合物电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率低于基于液态电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供了一种提高电解质离子电导率及离子扩散系数从而能提高电池短路电流的染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质。

本发明所要解决的有一个技术问题是针对上述的技术现状而提供了一种提高电解质离子电导率及离子扩散系数从而能提高电池短路电流的染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质的制备方法。

本发明所要解决的有一个技术问题是提供了染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质的应用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质，其特征在于包括如下组分：聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅纳米粒子、摩尔比为1:10的I₂/KI氧化还原电对、四氟硼酸季铵盐及有机溶剂A，前述的有机溶剂A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚组成，并且碳酸丙烯酯与乙二醇二甲醚的体积比为1:8~8:1；

前述聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯重量比为1:4~4:1，并且，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量为有机溶剂A重量的2%~10%；

前述二氧化硅纳米粒子的重量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的10%~30%；

前述I₂/KI氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的O满足：K/O摩尔比为4:5；

前述四氟硼酸季铵盐与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的重量比为1:10~1.3:1。

所述的四氟硼酸季铵盐可以是四乙基四氟硼酸铵、四甲基四氟硼酸铵及四氟硼酸苄基三乙基铵中的至少一种。

一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

①按重量比为1:4~4:1称取聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯溶于混合有机溶剂A中，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量为有机溶剂A重量的2%~10%，并在60~100℃下水浴加热使其溶解，二氧化硅纳米粒子用无水乙醇溶解并加入到混合物中，二氧化硅纳米粒子的重量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的10~30%，继续加热搅拌均匀，得到高分子纳米粒子混合液，前述的有机溶剂A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚组成，并且，碳酸丙烯酯与乙二醇二甲醚的体积比为1:8~8:1；

②向步骤①所得的高分子纳米粒子混合液中加入I₂/KI氧化还原电对，常温下搅拌4~8小时至混合均匀，得到聚合物电解质，其中，I₂/KI氧化还原电对摩尔比为：I₂:KI=1:10，I₂/KI氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的O满足：K/O摩尔比为4:5；

③在不断搅拌的同时，向步骤②得到的聚合物电解质中加入四氟硼酸季铵盐，四氟硼酸季铵盐与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的重量比为1:10~1.3:1，持续搅拌至混合均匀，得四氟硼酸季铵盐改性聚合物电解质。

利用电解质制备染料敏化纳米晶太阳能电池的方法，其特征在于在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加改性聚合物电解质，然后在60~100℃的烘箱内烘烤1~3小时，加上镀铂的导电玻璃对电极，持续烘烤至电极间牢固结合，即可组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。。